Gabariets et dispositifs de fixation : définitions, types, avantages et différences clés

Les gabariets et dispositifs de fixation sont des moyens économiques pour produire des pièces en série en incorporant des dispositifs spéciaux de maintien de pièce et de guidage d'outil.

Définitions des gabariets et dispositifs de fixation

Les gabariets et dispositifs de fixation sont des dispositifs qui aident à augmenter le taux de pièces identiques tout en réduisant l'effort humain nécessaire pour les produire. Il a déjà été dit qu'un tour à poupée mobile est un outil machine adapté pour produire des pièces individuelles de formes et tailles variées, mais son utilisation pour produire des articles similaires en grandes quantités serait inefficace.

Les définitions sont données ci-dessous :

Gabariets (Jigs)

Gabariet : Un gabariet est un dispositif qui maintient et positionne une pièce ainsi que guide et contrôle un ou plusieurs outils de coupe. La pièce est maintenue et les outils sont guidés de manière à être en position réelle les uns par rapport aux autres.

Un gabariet est une plaque, une structure ou un boîtier en métal (ou parfois en non-métal) qui comporte des dispositions pour maintenir les composants en positions identiques les uns après les autres, puis guide l'outil à la position correcte sur la pièce conformément au dessin, à la spécification ou au plan d'opération.

En d'autres termes, il est utilisé à la fois pour maintenir les outils et guider les outils de coupe.

Le but principal d'un gabariet est d'assurer la répétabilité, la précision et l'interchangeabilité dans la fabrication des produits.

Points importants à retenir sur les gabariets :

• Ils sont utilisés dans l'usinage unidimensionnel tel que perçage, taraudage, alésage, etc.
• Ce système est léger et de forme complexe.
• Les blocs-étalons ne sont pas nécessaires, et le coût des gabariets est plus élevé.
• Les gabariets ne sont pas fixés à la table de la machine sauf pour de grosses opérations.

Dispositifs de fixation (Fixtures)

Un dispositif de fixation est un dispositif qui maintient et positionne une pièce pendant une inspection ou un processus de fabrication. Le dispositif ne guide pas l'outil. Les dispositifs de fixation sont divers dispositifs de maintien de pièce standards ou spécialement conçus, serrés sur la table de la machine pour maintenir la pièce en position. Les outils sont ajustés manuellement ou avec des gabarits à la position requise sur la pièce.

En d'autres termes, les dispositifs de fixation sont simplement des dispositifs de maintien qui maintiennent, supportent et positionnent la pièce à la position désirée pour toute opération.

La fonction principale des dispositifs de fixation est de maintenir et positionner la pièce pendant toute opération d'usinage, ainsi que d'assurer la répétabilité, la précision et l'interchangeabilité dans la fabrication.

Points clés sur les dispositifs de fixation :

• Utilisés dans l'usinage multidimensionnel tel que fraisage, rectification, tournage.
• Ce système est lourd et de conception simple.
• Des blocs-étalons sont fournis pour une manipulation aisée, et le prix est raisonnable.
• Les dispositifs ont des outils spécifiques utilisés sur fraiseuses, raboteuses et mortaiseuses.
• Les dispositifs sont fixés à la table de la machine.

Différence entre gabariets et dispositifs de fixation

Voici les différences fondamentales :

1. Un dispositif de fixation maintient et positionne la pièce mais ne guide pas l'outil, alors qu'un gabariet maintient, positionne et guide l'outil.
2. Les dispositifs de fixation sont généralement plus lourds et boulonnés rigidement sur la table de la machine, alors que les gabariets sont plus légers pour une manipulation plus rapide, et le serrage à la table est souvent inutile.
3. Les dispositifs de fixation sont employés pour maintenir la pièce en fraisage, rectification, raboutage ou tournage, alors que les gabariets sont utilisés pour maintenir la pièce et guider l'outil particulièrement en perçage, alésage ou taraudage.

Différence sous forme de tableau

Gabariet (Jig)	Dispositif de fixation (Fixture)
Guide l'outil de coupe.	Ne guide pas l'outil de coupe.
Généralement fixé à la table de la machine.	Toujours fixé à la table de la machine.
Généralement plus léger que le dispositif.	Généralement plus lourd que le gabariet.
Pieds de gabariet utilisés dans sa construction.	Aucun pied de ce type.
Douilles (bushes) utilisées pour guider l'outil.	Pas de douilles utilisées.
Spécialement pour perçage, alésage, alésage de finition.	Spécialement pour fraisage, tournage, rectification.
Largement utilisé sur perceuse.	Largement utilisé sur fraiseuses, rectifieuses.
Plus coûteux.	Moins coûteux que le gabariet.
Conception complexe.	Conception moins complexe.

Éléments des gabariets et dispositifs de fixation

Les principaux éléments sont :

1. Corps (Body) : Plaque, boîtier ou structure de cadre dans laquelle les composants usinés sont positionnés. Doit être très résistant et rigide.

2. Éléments de positionnement (Locating elements) : Assurent le positionnement de la pièce à la position correcte par rapport à l'outil de coupe.

3. Éléments de serrage (Clamping elements) : Fixent fermement la pièce à la position désirée.

4. Éléments de guidage et de réglage (Grinding and setting elements) : Guident l'outil de coupe dans le cas d'un gabariet et aident au bon positionnement de l'outil dans le cas d'un dispositif.

5. Éléments de positionnement du dispositif (Positioning elements) : Incluent divers dispositifs de fixation pour sécuriser le gabariet ou le dispositif à la machine à la position correcte.

6. Éléments d'indexage (Indexing elements) : Non toujours fournis. Cependant, de nombreuses pièces peuvent nécessiter un indexage à différentes positions pour usiner différentes surfaces ou emplacements. Dans ce cas, ces éléments doivent être intégrés.

Composants

Le composant réel ou la pièce doit être procuré et étudié pour décider de la séquence d'opérations et évaluer les autres détails de conception. Une surface de la pièce est usinée pour servir de surface de référence (datum) à partir de laquelle toutes les autres mesures sont prises.

Types de gabariets et dispositifs de fixation

La qualité, le type et la complexité dépendent du type de travail à usiner et de l'échelle de production. Les types principaux sont décrits ci-dessous.

Types de gabariets

• Gabariet gabarit (Template jig)
• Gabariet à plaque (Plate jig)
• Gabariet à canal (Channel jig)
• Gabariet de diamètre (Diameter jig)
• Gabariet à volet (Leaf jig)
• Gabariet annulaire (Ring jig)
• Gabariet à boîte (Box jig)

1. Gabariets gabarit (Template Jigs)

Le gabariet gabarit est le plus simple. La plaque, qui a deux trous, agit comme un gabarit fixé sur la pièce à usiner. La perceuse est guidée à travers les trous du gabarit, et les trous requis sont percés sur la pièce aux mêmes positions relatives que sur le gabarit.

2. Gabariets à plaque (Plate Jigs)

Un gabariet à plaque est un gabariet gabarit amélioré qui intègre des douilles de perçage sur le gabarit. Il est utilisé pour percer des trous dans de grandes pièces tout en conservant un espacement précis.

3. Gabariet à canal (Channel Jig)

Un gabariet à canal a une section transversale en forme de canal. La pièce est insérée dans le canal et serrée en tournant le bouton moleté. La douille de perçage guide l'outil.

4. Gabariets de diamètre (Diameter Jigs)

Un gabariet de diamètre est un outil pour percer des trous radiaux dans une pièce cylindrique ou sphérique.

La figure montre le gabariet de diamètre. La pièce 1 est placée sur le V-bloc fixe 6 et serrée par la plaque de serrage 7, qui sert aussi de positionneur. L'outil est guidé par la douille 8, positionnée radialement par rapport à la pièce.

5. Gabariet à volet (Leaf Jig)

Le gabariet à volet a un volet qui peut s'ouvrir ou se fermer sur la pièce pour le chargement ou le déchargement.

Le volet 13 est articulé sur le corps au point 11. La pièce 1 est positionnée par les boutons 10 et maintenue par des vis de pression 12. La douille 3 guide l'outil.

6. Gabariet annulaire (Ring Jig)

Un gabariet annulaire sert à percer des trous dans des pièces à bride circulaire. La pièce est solidement serrée au corps du gabariet, et les trous sont percés en guidant l'outil à travers les douilles.

7. Gabariet à boîte (Box Jig)

Un gabariet à boîte est une structure en forme de boîte qui maintient rigidement la pièce pour qu'elle puisse être percée ou usinée sous différents angles en un seul réglage, selon la face tournée vers l'outil.

Types de dispositifs de fixation

Voici les types de dispositifs de fixation :

1. Dispositifs de tournage (Turning Fixtures)

Ces dispositifs sont généralement montés sur le nez de la broche ou sur un plateau, et les pièces sont maintenues par eux. Un contrepoids peut être nécessaire pour équilibrer le dispositif déséquilibré.

2. Dispositifs de fraisage (Milling Fixtures)

Les dispositifs de fraisage sont généralement montés sur le nez de la broche ou un plateau. La table est déplacée et positionnée correctement par rapport à la fraise. Les pièces sont placées dans la base du dispositif et serrées avant l'opération.

3. Dispositifs de brochage (Broaching Fixtures)

Les dispositifs de brochage sont utilisés sur divers types de brocheuses pour positionner, maintenir et soutenir les pièces pendant des opérations comme le brochage de rainures de clavette, de trous, etc.

4. Dispositifs d'alésage (Boring Fixtures)

Ce dispositif incorpore presque tous les principes prévalents de conception de gabariets et dispositifs ; sa construction n'a pas besoin d'être aussi robuste que celle des dispositifs de fraisage, car il ne supporte pas des charges de coupe aussi lourdes.

5. Dispositifs de rectification (Grinding Fixtures)

Divers types de dispositifs sont utilisés sur les rectifieuses pour positionner, maintenir et soutenir les pièces. Ce peuvent être des dispositifs standards : mandrins, mors à mâchoires profilées, mandrins magnétiques, etc.

Une rectifieuse plane à table rotative aura typiquement un dispositif rotatif fixé à sa table. Sur une rectifieuse à table alternative, un dispositif simple ou à crémaillère peut être fourni. Un accessoire d'affûtage de foret est un exemple évident de dispositif standard pour l'affûtage de géométrie de perçage.

Quel que soit le type, il doit prévoir l'arrivée et l'évacuation du liquide de refroidissage, le montage de redresseurs de meule, et s'il est rotatif, être correctement équilibré.

6. Dispositifs de taraudage (Tapping Fixtures)

Les dispositifs de taraudage sont spécialement conçus pour positionner et maintenir solidement des pièces identiques pour couper des filets intérieurs dans des trous percés. Les pièces de forme irrégulière et déséquilibrées nécessitent toujours de tels dispositifs, surtout si l'opération de taraudage doit être répétée en série.

7. Dispositifs duplex (Duplex Fixtures)

Un dispositif duplex maintient deux pièces similaires simultanément et permet de les usiner à deux stations séparées en même temps. Quand l'usinage aux deux stations est terminé, le dispositif est indexé de 180°, transférant la première pièce à la deuxième station pour la seconde opération et la pièce finie à la première station. La pièce finie est retirée, remplacée par une nouvelle, et la première opération est effectuée. Le cycle se répète, permettant une production en série à haute vitesse.

8. Dispositifs de soudage (Welding Fixtures)

Les dispositifs de soudage sont soigneusement conçus pour maintenir et soutenir les divers composants à souder à leurs emplacements corrects tout en évitant les distorsions dans les structures soudées. Les éléments de positionnement doivent être soigneusement placés ; le serrage doit être léger mais ferme, et les éléments de serrage doivent être éloignés de la zone de soudage. Le dispositif doit être stable et rigide pour résister aux contraintes de soudage.

9. Dispositifs d'assemblage (Assembly Fixtures)

Le but des dispositifs d'assemblage est de maintenir divers composants ensemble dans leur position relative correcte pendant l'assemblage. Par exemple, deux ou plusieurs plaques d'acier peuvent être maintenues en position relative et rivetées.

Les dispositifs d'assemblage mécaniques maintiennent les composants pendant des opérations mécaniques. En revanche, d'autres types maintiennent les composants pour l'assemblage, comme les dispositifs de soudage, qui sont aussi des dispositifs d'assemblage, mais pour l'assemblage à chaud.

10. Dispositifs d'indexage (Indexing Fixtures)

Plusieurs composants doivent être usinés sur diverses surfaces pour que leurs surfaces usinées soient uniformément espacées. De tels éléments doivent être indexés autant de fois qu'il y a de surfaces à usiner. Les dispositifs de maintien (gabariets ou dispositifs) sont conçus pour accueillir un mécanisme d'indexage. Un dispositif d'indexage est un dispositif qui contient un tel mécanisme.

Principes de conception des gabariets et dispositifs

La conception réussie d'un gabariet ou dispositif dépend de l'analyse de plusieurs facteurs à étudier soigneusement. Voici les facteurs essentiels :

1. Étude de la pièce.
2. Étude du type et de la capacité de la machine.
3. Étude des éléments de positionnement.
4. Étude des dispositifs de chargement/déchargement.
5. Étude du dispositif de serrage.
6. Étude des dispositifs d'alimentation pour actionner les éléments de serrage.
7. Étude du jeu requis entre le gabariet et la pièce.
8. Étude des dispositifs d'indexage.
9. Étude des éléments de guidage d'outil et de réglage de fraise.
10. Étude des dispositifs anti-erreur (fool-proofing).
11. Étude des dispositifs d'éjection.
12. Étude de l'évacuation des copeaux.
13. Étude de la rigidité et des vibrations.
14. Étude de la fixation à la table.
15. Étude des dispositifs de sécurité.
16. Étude des méthodes de fabrication de la base, du corps ou du cadre du gabariet.

Avantages des gabariets et dispositifs

Les avantages dans la production en série :

1. Élimine le traçage, le mesurage et autres méthodes de réglage avant usinage.
2. Augmente la précision d'usinage, car la pièce est automatiquement positionnée et l'outil guidé sans réglage manuel.
3. Permet la production de pièces identiques et interchangeables, facilitant l'assemblage.
4. Augmente la capacité de production en permettant d'usiner plusieurs pièces en un seul réglage, parfois avec plusieurs outils simultanés. Le temps de manipulation est grandement réduit. La vitesse, l'avance et la profondeur de passe peuvent être augmentées grâce à la rigidité du serrage.
5. Réduit la fatigue de l'opérateur car les manipulations sont minimisées et simplifiées.
6. Permet à des opérateurs semi-qualifiés d'effectuer les opérations, les réglages étant mécanisés. Économise les coûts de main-d'œuvre.
7. Réduit les dépenses de contrôle qualité des produits finis.
8. Réduit le coût global d'usinage en automatisant totalement ou partiellement les processus.

Inconvénients

• Peut se dégrader avec le temps.
• Coûts initiaux d'installation élevés (et temps).
• Peut consommer beaucoup de matière et être encombrant.

Applications

• Production en série de pièces automobiles.
• Inspection de pièces en production continue dans l'industrie manufacturière.
• Coupage de lingots en aciérie.
• Industrie du froid.
• Processus d'assemblage de pompes.
• Perçage de brides et perçage de trous à angles requis.
• Usinage multi-broches.
• Gabariets pour perçage, alésage et taraudage en série.
• Guidage d'outils pour usinage de contours.
• Dispositifs pour fraisage, tournage en série et rectification.

Matériaux utilisés

• Acier trempé
• Fonte grise
• Plastique
• Carbure
• Résines époxy
• Acier inoxydable
• Bronze
• Alliage d'acier à bas point de fusion

Nous avons couvert tous les aspects des gabariets et dispositifs : éléments, types, avantages, inconvénients et matériaux. Si vous avez aimé l'article, partagez-le et donnez votre avis en commentaire.